CN109425439B - 一种钢铸界面钢液温降在线预测***及其预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢铸界面钢液温降在线预测***及其预测方法，包括钢包管理信息***、钢液温降计算模型和在线测温***，钢液温降计算模型与在线测温***之间相结合并进行耦合式计算，从而实现实时预测所有钢包钢液的温降情况；所述钢包管理信息***包括钢板烘烤***、钢包计划管理和钢包状态***；所述在线测温***包括设于钢包内衬的热电偶传感器、温度采集单元、主控单元和钢包测温数据库单元，热电偶传感器与温度采集单元的接收端相连，温度采集单元的发射端与钢包测温数据库单元的接收端相连。本发明解决了传统出钢温度制定存在各工序温降的刚性叠加而导致出钢温度偏高、计算模型校正数据局限性的问题。

Description

一种钢铸界面钢液温降在线预测***及其预测方法
技术领域
本发明涉及钢铁行业界面温降预测***，更具体地说，涉及一种钢铸界面钢液温降在线预测***及其预测方法。
背景技术
现代炼钢以连铸为中心，传统出钢温度的制定过程为：连铸工位根据不同钢种的液相线温度，以及生产、设备状态，通过不同工序温降估算值得刚性叠加而制定转炉或电炉钢液出钢温度。为了生产的稳定和连续性，出钢温度的制定一般偏高，能源成本约占钢铁制造成本的30％，尤其是冶炼区域，降低能耗已经成钢铁公司降本增效的重要手段之一，每降低1℃出钢温度，减少成本0.5～3元/吨钢，降低出钢温度是降低炼钢工序成本的重要内容，减少其刚性叠加是途径之一。
如果要减少各工序的温度刚性叠加，那么需要能够较准确和精确地预测各工位的钢液温降情况，进而实现降低出钢温度的目标。随着信息化的发展，国内外开展了一系列的商业化的钢包信息化管理***，主要包括钢包信息管理***涵盖钢包位置跟踪、钢包包号识别、钢包基础信息管理、钢包优化配包管理、钢包热修管理、钢包冷修管理、钢包周转检查管理、钢包烘烤管理、钢包生产计划管理。典型的代表性***例如西马克公司开发的X-PACT@钢包管理***、宝信软件和中冶集团纷纷开发的钢包一体化管理***。钢包信息化管理有利于提高钢包周转率，在此基础上，北京科技大学提出***基于钢包实时跟踪及时获取钢包热状态信息，并通过离线数值模拟和现场数据校验的方法，设计较为精准的钢水温度补偿值，从而为降低转炉出钢温度提供依据，开发了钢水精确预定子***。
采用离线数值模型计算与试验测温校正的方法，减少温度的刚性叠加，包括烘烤温度的影响、热循环周期影响、钢包散热机钢液温降的计算。目前存在着以下的不足：
1)钢包热损失计算的校正存在困难，尤其是在连铸工位的钢包上表面的散热；
2)试验钢包耐材测温的数据获取有限，全程跟踪预埋热电偶测温数据存在一定困难。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种钢铸界面钢液温降在线预测***及其预测方法，解决了传统出钢温度制定存在各工序温降的刚性叠加而导致出钢温度偏高、计算模型校正数据局限性的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，一种钢铸界面钢液温降在线预测***，包括钢包管理信息***、钢液温降计算模型和在线测温***，钢液温降计算模型与在线测温***之间相结合并进行耦合式计算，从而实现实时预测所有钢包钢液的温降情况；
所述钢包管理信息***包括钢板烘烤***、钢包计划管理和钢包状态***；
所述在线测温***包括设于钢包内衬的热电偶传感器、温度采集单元、主控单元和钢包测温数据库单元，热电偶传感器与温度采集单元的接收端相连，温度采集单元的发射端与钢包测温数据库单元的接收端相连。
所述的钢包内衬包括绝热层和永久层。
所述的绝热层包括绝热层冷面，所述的永久层包括永久层热面和永久层冷面。
所述的温度采集单元的发射端与钢包测温数据库单元的接收端之间为无线信号通讯方式。
所述的无线信号通讯方式为无线ZigBee模块。
另一方面，一种钢铸界面钢液温降在线预测方法，包括以下步骤：
S1.建立在线测温***，形成钢包测温数据库单元；
S2.实现钢液温降计算模型的初步预测钢包各工序温降情况，需要针对各工序进行模拟与校正；
S3.采用钢液温降计算模型与在线测温***所采集的数据耦合式计算，进行钢包各工序更加准确温降的计算；
S4.获取各工序在线散热、钢液温度相关数据，校正在线钢液温降计算模型，在钢包管理信息***的基础上，接合在线散热与钢液温降的数据从而预测出钢铸界面钢液温降。
所述的步骤S1中，建立在线测温***具体为：
S1.1.在钢包内衬的绝热层和永久层预埋热电偶传感器；
S1.2.将温度采集单元固定于钢包或钢包盖上；
S1.3.温度采集单元对数据处理，并将数据通过温度采集单元发射端发送至钢包测温数据库单元的接收端；
S1.4.形成钢包测温数据库单元。
所述的步骤S2中，需要针对以下四方面进行模拟与校正：
1)钢包在线烘烤模型或等待接钢热损失模型；
2)接钢-精炼开始的热损失模型与温降预测；
3)精炼工位的散热模型与温降预测；
4)浇注工位的散热模型与温降预测。
所述的步骤S3中，计算模型为：
永久层的热流密度
Figure GDA0001434124200000031
绝热层的热流密度
Figure GDA0001434124200000032
上述的公式中，T1为永久层热面热电偶温度，T2为永久层冷面热电偶温度，T3为绝热层冷面热电偶温度，d1为永久层厚度，d2为绝缘层厚度，λ1永久层导热系数，λ2为绝热层导热系数。
所述的步骤S4中，预测出钢铸界面钢液温降输出的主要参数包括各工序节点温度、散热和蓄热曲线。
在上述的技术方案中，本发明所提供的一种钢铸界面钢液温降在线预测***及其预测方法，还具有以下的有益效果：
1.本发明能够实时提供钢包内衬的温度变化规律；
2.本发明将在线测温方法与计算模型耦合式预测温降，更加精确地预测钢液温降；
3.本发明将钢包信息管理***与在线预测模型相结合，实现出钢温降的柔性叠加，为实现低温出钢提供基础。
附图说明
图1是本发明的框架结构示意图图；
图2是本发明在线测温***的框架结构示意图。
图3是本发明得到浇注过程钢包钢液温降过程的曲线图；
图4是本发明钢液温度预测与预定温度的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
请结合图1至图2所示，本发明所提供的一种钢铸界面钢液温降在线预测***，包括钢包管理信息***1、钢液温降计算模型2和在线测温***3，在钢包管理信息***1的基础上，首先建立钢包无线传输的在线测温***3，然后建立钢液温降计算模型2，将在线测温***3与钢液温降计算模型2之间相结合并进行耦合式计算，最终建立钢铸界面钢液温降在线预测***100，为班组长制定转炉/电炉出钢温度提供有效依据。
较佳的，所述钢包管理信息***1包括钢板烘烤***101、钢包计划管理102和钢包状态***103。
较佳的，所述在线测温***3包括设于钢包内衬的热电偶传感器301、温度采集单元302、主控单元303和钢包测温数据库单元304，热电偶传感器301与温度采集单元302的接收端相连，温度采集单元302的发射端与钢包测温数据库单元304的接收端相连。用以测试浇注过程钢包的各层热电偶温度变化规律，得到浇注过程中钢包盖的热损失情况。
较佳的，所述的钢包内衬包括绝热层和永久层。
较佳的，所述的绝热层包括绝热层冷面，所述的永久层包括永久层热面和永久层冷面。
较佳的，所述的温度采集单元302的发射端与钢包测温数据库单元304的接收端之间为无线信号通讯方式。
较佳的，所述的无线信号通讯方式采用低功耗的无线ZigBee模块来实现。
本发明所提供的一种钢铸界面钢液温降在线预测方法，包括以下步骤：
S1.建立在线测温***，形成钢包测温数据库单元，能够实时获取钢包内衬的温度变化规律；
S2.实现钢液温降计算模型的初步预测钢包各工序温降情况，需要针对各工序进行模拟与校正；
S3.采用钢液温降计算模型与在线测温***所采集的数据耦合式计算，进行钢包各工序更加准确温降的计算，能够实现更加准确预测钢包各工序温降情况，并实时预测钢包钢液的温降情况；
S4.获取各工序在线散热、钢液温度相关数据，校正在线钢液温降计算模型，在钢包管理信息***的基础上，接合在线散热与钢液温降的数据从而预测出钢铸界面钢液温降，实时预测炼钢厂所有运行钢包的温降预测。
较佳的，所述的步骤S1中，建立在线测温***具体为：
S1.1.在钢包内衬的绝热层和永久层预埋热电偶传感器；
S1.2.将温度采集单元固定于钢包或钢包盖上；
S1.3.温度采集单元对数据处理，并将数据通过温度采集单元发射端发送至钢包测温数据库单元的接收端；
S1.4.形成钢包测温数据库单元。
较佳的，所述的步骤S2中，需要针对以下四方面进行模拟与校正：
1)钢包在线烘烤模型或等待接钢热损失模型；
2)接钢-精炼开始的热损失模型与温降预测；
3)精炼工位的散热模型与温降预测；
4)浇注工位的散热模型与温降预测。
较佳的，所述的步骤S3中，将温度采集单元传输的绝热层、永久层的实时温度用于热流计算模型的边界输入，计算钢包永久层和绝热层之间热流模拟，监控耐材蓄热状态。其计算模型为：
永久层的热流密度
Figure GDA0001434124200000051
绝热层的热流密度
Figure GDA0001434124200000061
上述的公式中，T1为永久层热面热电偶温度，T2为永久层冷面热电偶温度，T3为绝热层冷面热电偶温度，d1为永久层厚度，d2为绝缘层厚度，λ1永久层导热系数，λ2为绝热层导热系数。
较佳的，所述的步骤S4中，预测出钢铸界面钢液温降输出的主要参数包括各工序节点温度、散热和蓄热曲线。
钢铸界面钢液温降在线预测***的主要输入、输出及校正数据如下表1所示：
表1
Figure GDA0001434124200000062
钢液温降的主要影响参数有：
1)钢种对温降的影响；
2)耐材侵蚀对热损失和温降的影响；
3)环境温度对热损失及温降的影响规律；
4)钢包接钢前热状态对热损失及温度的影响；
5)物性参数测定：不同温度下覆盖剂导热系数，浇注料和工作砖的热容、密度和导热系数。
散热及温降计算模型基本假设：
1)流体为不可压缩；
2)二维轴对称；
3)忽略覆盖剂熔化潜热。
计算区域包括固体与流体，采用动网格计算模拟钢包浇注过程液面下降过程，如图4所示，利用试验测温数据与模型计算得到浇注过程的钢包钢液温降过程，在钢包液面不断下降过程中50min，钢液温度从1560℃降低为1535℃，降低了25℃。浇注过程最后10min，钢液温度由1543℃下降至1535℃，下降了8℃。
获取在线散热、钢液温度等相关数据，校正在线计算模型；在钢包信息管理***基础上，进一步结合在线散热与钢液的温降数据，预测钢铸界面钢液温降。输出的主要参数包括显示钢包散热、蓄热相应比例变化规律；各节点的预测温度曲线，如图4所示，钢液温度预测与预定曲线主要显示该钢种温度制度所要求的温度节点，其中T1为出钢温度，T2为精炼进站温度，T3为精炼出站温度，T4为连铸浇注温度，T5为液相线温度。
本发明能够将传统出钢的刚性叠加转变为柔性叠加，为实现炼钢低温出钢提供保障。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (9)

1.一种钢铸界面钢液温降在线预测***，其特征在于，包括钢包管理信息***、钢液温降计算模型和在线测温***，钢液温降计算模型与在线测温***之间相结合并进行耦合式计算，从而实现实时预测所有钢包钢液的温降情况；
所述钢包管理信息***包括钢板烘烤***、钢包计划管理和钢包状态***；
所述在线测温***包括设于钢包内衬的热电偶传感器、温度采集单元、主控单元和钢包测温数据库单元，热电偶传感器与温度采集单元的接收端相连，温度采集单元的发射端与钢包测温数据库单元的接收端相连，
所述钢铸界面钢液温降在线预测***执行以下操作：
S1.建立在线测温***，形成钢包测温数据库单元；
S2.实现钢液温降计算模型的初步预测钢包各工序温降情况，需要针对各工序进行模拟与校正；
S3.采用钢液温降计算模型与在线测温***所采集的数据耦合式计算，进行钢包各工序更加准确温降的计算；
S4.获取各工序在线散热、钢液温度相关数据，校正在线钢液温降计算模型，在钢包管理信息***的基础上，接合在线散热与钢液温降的数据从而预测出钢铸界面钢液温降，
所述的步骤S2中，需要针对以下四方面进行模拟与校正：
1)钢包在线烘烤模型或等待接钢热损失模型；
2)接钢-精炼开始的热损失模型与温降预测；
3)精炼工位的散热模型与温降预测；
4)浇注工位的散热模型与温降预测。
2.如权利要求1所述的一种钢铸界面钢液温降在线预测***，其特征在于，所述的钢包内衬包括绝热层和永久层。
3.如权利要求2所述的一种钢铸界面钢液温降在线预测***，其特征在于，所述的绝热层包括绝热层冷面，所述的永久层包括永久层热面和永久层冷面。
4.如权利要求1所述的一种钢铸界面钢液温降在线预测***，其特征在于，所述的温度采集单元的发射端与钢包测温数据库单元的接收端之间为无线信号通讯方式。
5.如权利要求4所述的一种钢铸界面钢液温降在线预测***，其特征在于，所述的无线信号通讯方式为无线ZigBee模块。
6.一种钢铸界面钢液温降在线预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.建立在线测温***，形成钢包测温数据库单元；
S2.实现钢液温降计算模型的初步预测钢包各工序温降情况，需要针对各工序进行模拟与校正；
S3.采用钢液温降计算模型与在线测温***所采集的数据耦合式计算，进行钢包各工序更加准确温降的计算；
S4.获取各工序在线散热、钢液温度相关数据，校正在线钢液温降计算模型，在钢包管理信息***的基础上，接合在线散热与钢液温降的数据从而预测出钢铸界面钢液温降，
所述的步骤S2中，需要针对以下四方面进行模拟与校正：
1)钢包在线烘烤模型或等待接钢热损失模型；
2)接钢-精炼开始的热损失模型与温降预测；
3)精炼工位的散热模型与温降预测；
4)浇注工位的散热模型与温降预测。
7.如权利要求6所述的一种钢铸界面钢液温降在线预测方法，其特征在于，所述的步骤S1中，建立在线测温***具体为：
S1.1.在钢包内衬的绝热层和永久层预埋热电偶传感器；
S1.2.将温度采集单元固定于钢包或钢包盖上；
S1.3.温度采集单元对数据处理，并将数据通过温度采集单元发射端发送至钢包测温数据库单元的接收端；
S1.4.形成钢包测温数据库单元。
8.如权利要求6所述的一种钢铸界面钢液温降在线预测方法，其特征在于，所述的步骤S3中，计算模型为：
永久层的热流密度
Figure FDA0002645919130000031
绝热层的热流密度
Figure FDA0002645919130000032
上述的公式中，T1为永久层热面热电偶温度，T2为永久层冷面热电偶温度，T3为绝热层冷面热电偶温度，d1为永久层厚度，d2为绝缘层厚度，λ1永久层导热系数，λ2为绝热层导热系数。
9.如权利要求6所述的一种钢铸界面钢液温降在线预测方法，其特征在于，所述的步骤S4中，预测出钢铸界面钢液温降输出的主要参数包括各工序节点温度、散热和蓄热曲线。
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